一种适用道路工程崩塌落石的柔性遮挡结构及其施工方法与流程

本发明涉及崩塌落石遮挡防护，尤其是涉及一种适用道路工程崩塌落石的柔性遮挡结构及其施工方法。

背景技术：

1、崩塌落石，即山体或其它高处上大小不一的若干块石头从陡崖或沿着斜坡快速弹跳滚落至地面或低洼处。落石发生在人类活动区域范围内，就可能造成灾害。落石是山崩最简单、最常规的形式，任何山体都会在重力、风力或其它因素下持续发生大小规模不一的落石。落石的规模大小不一，且时刻都在发生，是很平常的地质现象，也是地形地貌变化的常态，但同时也长期对人类的生产生活造成威胁。落石是山崩的简单形态，超大数量规模或体积规模的落石会朝着泥石流、滑坡等程度演变。不同规模的落石，破坏力和波及面不同，其危害特点和影响程度因范围内人类的不同活动方式而不同。中小型落石会导致行人、家畜意外伤亡；大型落石会冲垮房屋桥隧，给交通线或居民楼等设施带来严重损坏，同时造成水土大量流失，甚至继续堆积进入泥石流诞生阶段或在江河中形成容易溃决的堰塞湖。

2、在道路工程中，常常通过在山体上设置防护网来防止落石冲击隧道口或者道路铁路等，但是，现在的防护仅适用一般能级冲击的场景，针对高位高能落石，现有防护结构防护效果不佳。对于部分隧道洞口边仰坡坡面陡立，高于道路工程百米以上分布大量崩塌落石危岩体，且危岩体分布区域广、冲击能量大，普通防护能级的防护网对于该工况下高位高能落石防护能力有限，易发生防护网破裂、落石冲击隧道口及道路工程的危险情况。

技术实现思路

1、为解决上述背景技术中提出的问题，本发明提供了一种适用道路工程崩塌落石的柔性遮挡结构及其施工方法，突破传统高位落石防冲击柔性拦挡网的防护能级，且遮挡防护结构具有受崩塌落石冲击后韧性强、易维护的功能。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种适用道路工程崩塌落石的柔性遮挡结构，包括设置于陡立山体坡面对侧的支撑结构，支撑结构通过柔性遮挡防护网与腰梁一侧连接，腰梁设置于山体坡面侧，腰梁另一侧通过反向预应力锚索与山体坡面侧连接，柔性遮挡防护网的网面设置在受崩塌落石冲击的建构筑物正上方，并倾向建构筑物外侧；

3、支撑结构包括阵列设置的若干悬臂式支撑桩，若干支撑桩呈一字状设置，支撑桩的顶端设置有连系梁，支撑桩与连系梁刚性连接；

4、柔性遮挡防护网包括若干横向钢绞线和若干纵向钢绞线，横向钢绞线的一端与连系梁连接，横向钢绞线的另一侧与腰梁连接，纵向钢绞线与横向钢绞线垂直设置，横向钢绞线与纵向钢绞线连接处设置有用于锁紧的卡扣件。

5、优选的，柔性遮挡防护网材质的屈服延伸率≥0.2％，屈服力≥310kn，断裂延伸率≥13％。

6、优选的，单束横向钢绞线与单束纵向钢绞线垂直交叉连接，卡扣件设置于每一束横向钢绞线与每一束纵向钢绞线的垂直交叉连接处。

7、优选的，相邻的横向钢绞线之间的间距满足以下关系：

8、

9、其中，t为每米内所需布设的横向钢绞线根数，n为抵消冲击能量所需横向钢绞线的布设数量，v为落石体积；

10、柔性遮挡防护网中横向钢绞线的数量n满足以下关系：

11、mgh≤n(q2+q3)

12、

13、q3＝f2×l×(δ2-δ1)

14、其中，m为落石的质量，h为由冲击能量等效计算的落石自由落体时距网的高差，q2为单束横向钢绞线的在塑性阶段吸收能量，q3为单束横向钢绞线在破坏阶段吸收能量，f1为单束横向钢绞线的初始预应力，f2为单束横向钢绞线的屈服临界力，l为单束横向钢绞线的长度，δ0为单束横向钢绞线预紧延伸率，δ1为单束横向钢绞线进入屈服状态的延伸率，δ2为单束横向钢绞线破坏时的延伸率，g为重力加速度。

15、优选的，腰梁为钢筋混凝土结构，腰梁通过两排工字钢与山体坡面侧固定连接，反向预应力锚索上下分别设置有两排用于加固腰梁的工字钢，工字钢与反向预应力锚索错开布设。

16、优选的，腰梁内箍筋的数量计算公式如下：

17、

18、其中，n为箍筋数量，vcs为混凝土腰梁截面受剪承载力设计值，acv为斜截面受剪承载力系数，ft为混凝土轴心抗拉强度设计值，b为腰梁截面宽度，h0为腰梁截面有效高度，s为腰梁长度方向的箍筋间距，fyv为箍筋的抗拉强度设计值，asv为配置在同一截面内箍筋各肢的截面面积。

19、优选的，每个支撑桩靠近山体坡面侧的一侧设置有横向钢绞线的预留孔，连系梁靠近山体坡面侧的一侧设置有横向钢绞线的预留孔，每个支撑桩的桩身内设置有钢筋笼，支撑桩与连系梁内钢筋笼相关捆绑，一体浇筑成型，属刚性连接，钢筋笼的竖向钢筋等间距布置。

20、优选的，竖向钢筋的配置数量计算公式如下：

21、

22、其中，n为竖向钢筋数量，τ为支撑桩弯矩，f0为竖向钢筋屈服强度，b0为单根竖向钢筋截面积，h0为支撑桩截面高度，a0为支撑桩保护层厚度；

23、支撑桩的横向容许承载力计算公式如下：

24、[σh]＝khηrc＞βmax

25、其中，kh为在水平方向的换算系数，根据岩层构造可取0.50～1.00；η为折减系数，根据岩层的裂缝、风化及软化程度可取0.30～0.45；rc为岩石天然单轴极限抗压强度标准值(kpa)；βmax为按“k”法求得的地层最大抗力。

26、本发明所述的一种适用道路工程崩塌落石的柔性遮挡结构施工方法，包括以下步骤：

27、步骤一，基于阵列设置的支撑桩的排布高度及间距，在山体坡面对侧开挖支撑桩的桩基础，完成支撑桩的竖向钢筋绑扎及混凝土浇筑；

28、步骤二，在山体坡面侧钻取孔，并施作反向预应力锚索，将腰梁箍筋及混凝土固定在山体坡面上，腰梁通过两排工工字钢与山体坡面锚固加固连接；

29、步骤三，自支撑桩与连系梁顶部预留锚索孔向腰梁横向对拉柔性遮挡防护网横向钢绞线，同时垂直对拉方向纵向布设遮挡防护网纵向钢绞线，横向钢绞线与纵向钢绞线采用卡扣件连接，横向钢绞线与纵向钢绞线垂直交叉编织形成柔性遮挡防护网，完成遮挡防护结构的施工。

30、因此，本发明采用上述一种适用道路工程崩塌落石的柔性遮挡结构及其施工方法，具有以下有益效果：

31、(1)本发明通过自支撑桩与连系梁顶部预留锚索孔向腰梁横向对拉柔性遮挡防护网钢绞线，同时垂直对拉方向纵向布设遮挡防护网钢绞线，横向钢绞线与纵向钢绞线采用卡扣件连接，横向钢绞线与纵向钢绞线垂直交叉编织形成高能级柔性遮挡防护网，能够提高传统高位落石防冲击柔性遮挡防护网的防护能级，实现陡立边仰坡隧道洞口上方高能高位落石冲击的防护；

32、(2)本发明通过阵列设置的支撑桩、与支撑桩刚性连接的连系梁使柔性遮挡防护网与山体坡面对侧牢固连接，支撑柔性遮挡防护网的一侧，通过腰梁以及反向预应力锚索使柔性遮挡防护网另一侧与山体坡面侧固定连接，实现柔性遮挡防护网两侧的固定连接，使柔性遮挡防护网在防护高能落石冲击时保证高韧性及高延展性；

33、(3)横向钢绞线与纵向钢绞线均为npr钢绞线，使柔性遮挡防护网具有更好的延伸能力；单束横向钢绞线、单束纵向钢绞线易于从柔性遮挡防护网整体上拆卸；设置腰梁实现对拉后，可使npr钢绞线损坏后易于更换，使柔性遮挡防护网易于维修。

34、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。